一种精密数字化微纳米压印的方法技术

本发明专利技术公开了一种精密数字化微纳米压印的方法，其特征在于，包括下列步骤：（１）将待压印的微纳结构图形划分为微区单元阵列；（２）根据微区单元制作压印模仁；（３）确定压印模仁与待压印基板的相对位置，进入第一个压印工作位；（４）进行一个微区单元的微纳结构图形压印；（５）改变压印模仁与待压印基板的相对位置，至下一个压印工作位；（６）重复步骤（４）和（５），至完成所有微区单元的压印。其装置可以通过工作平台与压印头间的相对运动，实现上述方法。本发明专利技术通过小面积压印结构的拼接，实现了大幅面的微纳结构图形制作，解决了现有技术中当模仁面积增大时，发生图形畸变的可能性也随之增大的问题；并且扩大了微纳米压印的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种精密加工方法，具体涉及一种利用微纳米加工技术进行压 印的方法，尤其是关于数字化精密微区微纳米压印方法，采用该方法可实现具 有复杂微纳米结构的光电子器件的快速压印复制。
技术介绍
自20世纪60年代以来，集成电路一直按照摩尔定律不断换代更新，即单 个芯片中集成的晶体管数目每18个月翻一番。随着电路中器件尺寸的不断变 小，光学光刻技术将接近其物理极限。线宽小于lOOnm的复杂微光电子结构 的光学光刻方法虽然已经取得进展，但这种制造方法成本非常昂贵，每台设备 造价高达数千万至数亿美元。微纳米压印技术是一种用于大批量重复制备微纳米图形结构的新兴技术， 首先由美国普林斯顿大学纳米结构实验室研究人员提出。它的基本思想是在 高温、高压下，将一具有纳米图案的模版(模仁)以机械力在涂有高分子材料 的基板上等比例压印复制纳米图案，其加工分辨率只与模版图案的尺寸有关， 而不受光学光刻最短曝光波长的物理限制，具有高分辨、高产出、低成本的优 势。目前微纳米压印技术主要包括以下几种1) 热压印。首先采用坚硬的压模毛坯加工成压模，然后在基片上旋涂高 分子聚合物材料，将其放入压印机加热并把压模压在基片上的聚合物层上，紧 接着把温度降低至聚合物凝固点附近并且把压模和聚合物层相分离，聚合物层 上就留下了与压模互补的微纳米结构，可以用作进一步的图形转移处理。2) 紫外压印。紫外压印的过程基本与热压印相同，只不过采用可在紫外光照射下固化的聚合物作为压印层材料，无需采用加热的方式，但是要求压模 材料(或基板材料)对紫外波段透明。3) 微接触压印。微接触压印技术中首先得到压印模版，模具材料的化学前体在模版中固化，聚合成型后从模版中脱离，得到压印模具。然后将模具浸 入特定的化学试剂中，最后取出压在基板上。该方法能够实现有机分子的自组 装，在生物传感器领域有着广泛的用途。实现微纳米压印的装置一般由压力装置、运动保证组件、模版、基板平台、 加热组件(或紫外照明灯)等部分组成。施压装置一般采用机械或者液/气压力驱 动；运动保证组件控制压印头与基板保持平行和在压印过程的机械稳定性；加 热组件负责给待压印基板加温。总的看来，微纳米压印技术相对其它光电子器件微加工技术具有以下一些 优势l)设备及操作成本低；2)可以较容易地制作某些三维微纳结构；3)高分 子材料直接压印成形，避免了长时间或者大面积的刻蚀工艺；4)可以简单制作 出高深宽比结构。如果仅从技术成本上考虑，微纳米压印技术是未来最有可能 成功的纳米制作技术，在量子存储、DNA电泳芯片、GaAs光检测器、场效应 二极管、高密度磁结构、GaAs量子元件、微波元件等领域具有重要的应用价 值。然而，由于需要实现纳米结构图形的转移，必须保证模仁压入的平衡、均 匀及其与基板表面的垂直性，任何压入的微小不平衡、非均匀、与表面的不垂 直，都会导致图形转移中发生畸变。因而，在制备过程中，对机械精度要求极 高，当模仁面积增大时，发生图形畸变的可能性也随之增大。现有技术中，人们在解决压印的平衡、均匀性方面作了很多研究，如中国 专利技术专利CN1624586A公开了 一种真空负压纳米压印方法，即试图通过改变压 力提供及传递的方式，来保证压印过程中的平衡及均匀性；美国专利 US6994541公开了一种均衡压印装置，也是通过改善施压系统性能，来提高压 印的质量。然而，通过改善施压系统的性能，虽然能在一定程度上实现平衡、 均匀的压印，但其作用有限，目前能处理的晶片(基板)的尺寸通常为3 8 英寸。实际的产品，如瑞典Obducat公司的压印设备只能压印10X10mm 203 X203mm尺寸的图形，不能在更小或者更大幅面上制作微纳结构。显然，制 作大面积的压印模板，制造成本非常高，且对压印设备提出了很高的要求。因而，寻求一种能以较低的成本实现较大幅面的微纳米压印的方法，是本 领域技术人员所面对的难题
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种微纳米压印的方法，通过方法的改进，降低对设备 的要求，以实现较大幅面的微纳米压印，扩展其应用范围，制作各类基于复杂 微纳结构的光电子器件。为达到上述目的，本专利技术的总体构思是，通过对小面积压印结构的拼接， 实现大幅面的微纳结构图形制作，其中，小面积压印模仁的微纳结构空间取向 在工作中可由计算机控制予以改变；微结构的压印深度通过压力进行控制。本专利技术采用的技术方案是 ，包括下列 步骤(1) 将待压印的微纳结构图形划分为微区单元阵列；(2) 根据微区单元的大小、形状和图案制作压印模仁；(3) 确定压印模仁与待压印基板的相对位置，进入第一个压印工作位；(4) 采用热压印或紫外压印的方法实现一个微区单元的微纳结构图形压印；(5) 改变压印模仁与待压印基板的相对位置，至下一个压印工作位；(6) 重复步骤(4)和(5)，直至完成所有微区单元的压印，即实现了所需压印的 微纳结构图形的制作。上述技术方案中，所述压印模仁具有复杂的微纳米结构，可对微小面积区 域(即一个微区单元)实现压印复制，若干这样的微小压印单元在x-y工作平 面内构成具有一定幅面大小的压印图形，即为所需的微纳结构图形；在实际操作中，该压印图形是由具有特定格式的图像文件由计算机生成的。为了实现更丰富的压印图形，压印模仁可在x-y工作平面内绕z轴旋转，以改变压印模仁 结构的空间取向，旋转角度e由压印图形的图像文件确定。同时，在压印过程 中，可以暂停程序，在更换压印模仁后从中断处继续运行。热压印或紫外压印 方法为现有技术，即压印时对压印头加热，此后温度下降使高分子材料固化， 或者通过紫外光使高分子材料固化，实现微纳米结构图形的转移，在此不再展 开说明。上文中，所述的压印模仁结构，既可以是具有微纳米结构的光栅，也可以 是具有多种如柱形、圆形、锯齿形等规则或者不规则的形状。待压印基板至少其表面为高分子材料层，也可以整体由高分子材料构成，所述高分子材料可以 为聚碳酸酯(PC: Polycarbonate)、聚氯乙烯(PVC: Polyrinyl Chloride)、 聚酯(PET: Polyester)、丙烯酸(PMMA: Polymethyl Methacrylate)或聚 烯(BOPP: Biaxial Oriented Plypropylene)等，可表现为硬板型或薄膜型。上述技术方案中，所述步骤(5)中，压印模仁与待压印基板的相对位置由下 列运动自由度限定，以待压印基板所在平面为x-y平面，两者间具有x轴和y 轴方向的平移运动自由度，所述压印模仁具有绕z轴的旋转运动自由度，通过 x轴和y轴的平移运动到达下一压印点，通过z轴旋转运动进入所需压印工作 位；所述步骤(4)中，通过压印模仁在z轴方向的平移运动实现压印。所述压印模仁的绕z轴的旋转运动自由度为，旋转角度一180° + 180° , 旋转精度为0.1° 。在所述步骤(4)中，每次进行压印时，根据待压制图形相对 位置的特征通过控制压力实现压印深度的控制。采用上述方法实现精密数字化微纳米压印的装置，包括放置待压印基板的 工作平台，安装压印模仁的压印头及其驱动装置，固化结构及控制装置，以待 压印基板所在平面为x-y平面，所述工作平台与所述压印头具有x轴和y轴方 向的相对平移运动自由度，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密数字化微纳米压印的方法，其特征在于，包括下列步骤：（１）将待压印的微纳结构图形划分为微区单元阵列；（２）根据微区单元的大小、形状和图案制作压印模仁；（３）确定压印模仁与待压印基板的相对位置，进入第一个压印工作位；（４）采用热压印或紫外压印的方法实现一个微区单元的微纳结构图形压印；（５）改变压印模仁与待压印基板的相对位置，至下一个压印工作位；（６）重复步骤（４）和（５），直至完成所有微区单元的压印，即实现了所需压印的微纳结构图形的制作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：申溯，陈林森，魏国军，周雷，周小红，解正东，吴智华，
申请(专利权)人：苏州苏大维格数码光学有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]